KR20100133376A

KR20100133376A - 트레이닝 장치 및 트레이닝 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20100133376A
Application number: KR1020107020048A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이시이; 고우이찌 오노; 히로시 야에가시; 가즈오 유게; 마사히로 가또; 유끼히데 이와모또; 마꼬또 하시즈메; 하지메 겐모쯔; 신이찌로 다까스기
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-12-21
Also published as: US20110082006A1; EP2255851A1; WO2009116631A1; KR101237194B1; JP5565762B2; US8858397B2; JP2009225870A

Abstract

운동자의 개개의 운동 능력이나 신체적 기능에 적합한 부하로 트레이닝을 할 수 있는 트레이닝 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명에서는, 부하 특성 입력 장치(7)가 원하는 속도-부하 특성의 입력을 운동자 E로부터 접수하면, 그 속도-부하 특성은 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 속도 산출 수단(6)으로부터 부하 특성 기억 장치(8)에 입력된 속도에 따라서, 속도-부하 특성에 의해 부하 명령값이 결정되고, 제어 수단(1)에 송신된다. 제어 수단(1)은, 부하 명령값에 따른 토크 명령값으로 서보 모터(2)를 회전 운동시킨다. 운동 기구(3)가 회전 운동을 직선 운동으로 변화시켜 가동부(4)를 이동시킨다. 이에 의해 왕복 운동의 트레이닝을 행할 수 있다.

Description

트레이닝 장치 및 트레이닝 장치의 제어 방법{TRAINING MACHINE AND METHOD FOR CONTROLLING TRAINING MACHINE}

본 발명은, 운동자가 근력 트레이닝(이하, 간단히 트레이닝이라고도 함)을 행하기 위한 트레이닝 장치 등에 관한 것으로, 특히, 전동 모터의 회전 토크에 의해 운동자에게 부하를 주어 트레이닝을 행하게 하는 트레이닝 장치 및 트레이닝 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 건강 지향의 고조 등에 수반하여, 피트니스 짐 등에서 트레이닝 장치를 이용하여 트레이닝을 행하는 사람이 증가하고 있다. 또한, 국가의 시책으로서, 고령자가 요개호자 등으로 되지 않도록 하기 위한 개호 예방의 관점에서, 건강 유지나 체력 저하의 방지를 위해서 트레이닝 장치에 의해 근육 트레이닝을 행하는 고령자가 증가하고 있다. 이와 같은 트레이닝 장치로서는, 예를 들면, 다리의 근육을 단련하기 위한 레그 프레스 머신이나, 가슴이나 팔의 근육을 단련하기 위한 체스트 프레스 머신 등이 있다. 또한, 이와 같은 용도로 이용되는 트레이닝 장치로서는, 판 추(금속제 등의 중량 플레이트)를 이용하여 운동자에게 부하를 주는 판 추 방식이 주류이지만, 이 판 추 방식은 세밀한 부하 조정을 행하는 것이 곤란하므로, 개개의 운동자에 대하여 적절한 근육 트레이닝을 행하게 하는 것이 어렵다. 따라서, 최근에는, 전동 모터의 토크력에 의해 운동자에게 부하를 주는 모터 방식의 트레이닝 장치가 보급되기 시작하고 있다. 모터 방식의 트레이닝 장치는, 전동 모터를 토크 제어함으로써 부하의 크기를 세밀하게 조정할 수 있으므로, 운동자(특히, 고령자)는, 안전하고, 즐겁고, 또한 효과적으로 근육 트레이닝을 행할 수 있다.

모터 방식의 트레이닝 장치로서는, 예를 들면, 레그 프레스 머신의 발끝의 판(이하, 압압판이라고 함)의 상대 이동 위치를 검출하여 부하의 크기를 가변시키도록 한 트레이닝 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 이 기술에 의하면, 트레이닝 장치에서 레그 프레스할 때의 운동자와 압압판의 상대 이동 위치를 검출하여, 미리 프로그램되어 있는 위치에 대한 부하 특성에 의해, 전동 모터의 부하를 제어하고 있다. 이에 의해, 레그 프레스의 초동 상태일 때의 초동 부하를 가장 크게 하고, 압압판의 상대 이동과 함께 부하를 점점 작게 하여, 종동 상태일 때의 종동 부하를 가장 작게 할 수 있으므로, 운동자는 적절한 근육 트레이닝을 행할 수 있다.

또한, 레그 프레스 머신의 압압판의 상대 이동 속도를 검출하여 부하의 크기를 가변시키도록 한 트레이닝 장치도 개시되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 이 기술에 의하면, 트레이닝 장치에서 레그 프레스할 때의 압압판의 상대 이동 속도를 검출하고, 그 상대 이동 속도의 변화에 의해 전동 모터의 부하를 가변 제어하고 있다. 이에 의해, 레그 프레스할 때의 압압판의 상대적 움직임이 느려졌다면 서서히 부하를 경감시킨다고 하는 바와 같이, 운동자의 피로도에 따라서 부하를 경감시킬 수 있으므로, 운동자에 대하여 근육 트레이닝 계속의 촉진과 목표 운동량의 달성을 실현시킬 수 있다.

그런데, 근육은, 수축하는 방향으로밖에 힘을 낼 수 없지만, 근육 트레이닝으로서는, 콘센트릭 운동과 엑센트릭 운동의 2종류가 있다. 콘센트릭 운동이란, 근육이 줄어들면서 힘을 내는 운동으로서, 예를 들면, 레그 프레스 운동에서는 압압판을 누르면서 무릎을 펴는 트레이닝이다. 그 때, 대퇴 사두근(넓적다리의 전면의 근육군)은, 줄어들면서, 수축하는 방향으로 힘을 내고 있다. 또한, 엑센트릭 운동이란, 근육이 늘어나면서 힘을 내는 운동으로, 예를 들면, 레그 프레스 운동에서는, 압압판을 누르고는 있지만, 무릎이 구부러지는 방향으로 행하는 트레이닝이다. 그 때, 대퇴 사두근은, 늘어나면서, 수축하는 방향으로 힘을 내고 있다.

일반적으로, 콘센트릭 운동보다도 엑센트릭 운동쪽이, 근육의 강화에는 유효하다라고 한다. 왜냐하면, 콘센트릭 운동보다도 엑센트릭 운동쪽이, 운동에 의한 근섬유의 손상 정도가 커서, 손상 수복 기전에 의해 근비대가 얻어지기 쉽기 때문이다.

그러나, 엑센트릭 운동은 (지발성) 근육통의 빈도가 높은 운동이며, 프로의 스포츠 선수 등에게 있어서는 어쨌든, 고령자나 리하빌리테이션을 행하는 병자나 부상자 등에게 있어서는, 콘센트릭 운동쪽이 적합하다라고 한다. 따라서, 건강의 유지나 체력 저하의 방지를 위한 트레이닝으로서는, 엑센트릭 운동보다도 콘센트릭 운동쪽이 바람직하다. 예를 들면, 종래의 레그 프레스 머신과 같은 기기에 의한 트레이닝이면, 무릎을 펼 때는 압압판을 누르고(즉, 레그 프레스 운동을 행하고), 또한, 무릎을 구부릴 때는 압압판을 끌어당기도록 하면(본 명세서에서는, 이와 같이 레그 프레스 운동과 역방향으로 힘을 가하는 운동을 「리프트오프 운동」이라고 부름), 발끝의 왕복 운동 중 어느 것에서나 콘센트릭 운동(본 명세서에서는, 왕복의 쌍방향 모두 콘센트릭 운동을 행하는 것을 「풀 콘센트릭 운동」이라고 부름)을 하고 있게 되어, 바람직하다. 이 경우, 무릎을 구부릴 때는, 햄스트링(넓적다리의 후면의 근육군)에 의한 콘센트릭 운동을 하고 있게 된다. 또한, 판 추 방식의 트레이닝 장치에서는, 풀 콘센트릭 운동을 실현할 수 없지만, 모터 방식의 트레이닝 장치에서는, 압압판의 운동 방향에 따라서 부하 방향을 변화시킴으로써 풀 콘센트릭 운동을 실현시킬 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개 2001-204850호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개 2005-296672호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 기술은, 트레이닝 장치에서 레그 프레스할 때의 압압판의 상대 이동 위치에 의해 운동자에게 주는 부하의 크기를 변화시키고 있으므로, 운동자가 앉는 위치나 자세가 어느 정도 어긋나면(예를 들면, 날에 따라서 앉는 위치나 자세가 어긋나는 경우, 혹은, 운동 중에 앉는 위치나 자세가 어긋나는 경우 등), 적절한 부하를 줄 수 없다고 말하는 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 2의 기술은, 압압판의 상대 이동 속도에 따라서 부하의 크기를 가변시키고 있으므로, 운동자의 피로의 정도 등에 따라서 부하를 경감시킬 수는 있지만, 쌍방향으로 부하를 주는 풀 콘센트릭 운동을 실현할 수는 없다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 운동자의 개개의 운동 능력이나 신체적 기능에 적합한 부하로, 안전하게 또한 효과적으로 트레이닝을 할 수 있도록 하는 트레이닝 장치 및 트레이닝 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 전동 모터의 회전 토크에 의해 운동자에게 부하를 주어 근력 트레이닝을 행하게 하는 트레이닝 장치로서, 상기 근력 트레이닝에서의 운동의 속도 또는 가속도를 구하는 검출 수단과, 상기 속도에 대한 부하의 특성인 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도에 대한 부하의 특성인 가속도-부하 특성을 입력하기 위한 부하 특성 입력 장치와, 상기 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도-부하 특성을 기억하는 부하 특성 기억 장치와, 상기 부하 특성 기억 장치에 기억된 상기 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도-부하 특성으로부터 토크 명령값을 산출하고, 그 토크 명령값에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 그 밖의 수단에 대해서는 후기한다.

본 발명에 따르면, 운동자의 개개의 운동 능력이나 신체적 기능에 적합한 부하로, 안전하게 또한 효과적으로 트레이닝을 할 수 있도록 하는 트레이닝 장치 및 트레이닝 장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 각 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 구조도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도.
도 3의 (a)는 도 2의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면, (b)와 (c)는 속도-부하 특성의 변형예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도.
도 5는 도 4의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도.
도 7은 도 6의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도.
도 9는 도 8의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면.
도 10은 풀 콘센트릭 운동에서의 다리의 근육 트레이닝의 상태를 도시하는 개념도로서, (a)는 왕로의 레그 프레스 운동, (b)는 귀로의 리프트오프 운동을 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 각 실시 형태에 따른 트레이닝 장치에 대하여, 적절히 도면을 참조하면서 설명한다.

《제1 실시 형태》

우선, 이해를 용이하게 하기 위해서 트레이닝 장치의 구조에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 각 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 구조도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 트레이닝 장치(10)는, 제어 수단(1), 서보 모터(2), 위치 검출 센서(5), 속도 산출 수단(6), 의자(201), 압압판(202), 레일(203), 벨트(204), 도르래(205) 및 고정 부재(206)를 구비하여 구성된다.

제어 수단(1)은, 속도 산출 수단(6)으로부터 수신한 속도 정보(서보 모터(2)의 회전 속도 또는 벨트(204)의 직선 이동 속도)에 기초하여 서보 모터(2)의 구동 전류를 발생하는 수단이다. 서보 모터(2)는, 제어 수단(1)이 생성한 구동 전류에 의해 회전 구동하고, 구동 전류의 크기에 따른 회전 토크를 발생시켜 벨트(204)에 전달하여 직선 구동력을 공급한다. 위치 검출 센서(5)는, 서보 모터(2)의 움직임, 또는 벨트(204)의 움직임을 검출함으로써, 압압판(202)과 의자(201)와의 상대 위치를 검출하는 수단이며, 예를 들면 인코더 등에 의해 실현할 수 있다.

의자(201)는, 운동자 E가 트레이닝 중에 앉는 수단이며, 하부의 일부가 벨트(204)의 일부에 고정되어 있다. 이 의자(201)는, 벨트(204)의 이동과 함께 레일(203) 위를 도면의 좌우 방향으로 슬라이드한다. 압압판(202)은, 트레이닝을 하는 운동자 E가 발끝을 고정 부재(206)로 고정하여 압압하는 수단이다. 벨트(204)는, 서보 모터(2)와 도르래(205)에 감겨져, 서보 모터(2)의 회전 토크력을 직선 구동력으로 변환하는 수단이다.

다음으로, 도 1에 도시한 트레이닝 장치의 동작에 대하여 개략적으로 설명한다. 의자(201)에 앉아 있는 운동자 E가 발끝으로 압압판(202)을 압압하면, 서보 모터(2)의 회전 토크로부터 벨트(204)에 전달된 직선 구동력에 대항하여, 운동자 E는, 의자(201)와 함께 도면의 좌측 방향으로 이동한다(즉, 레그 프레스 운동을 행한다). 또한, 운동자 E는, 무릎을 구부리도록 하여 다리에 힘을 넣으면, 고정 부재(206)에 의해 발끝이 압압판(202)에 고정되어 있으므로, 운동자 E는 의자(201)와 함께 도면의 우측 방향으로 이동한다(즉, 리프트오프 운동을 행한다). 또한, 여기서의 트레이닝 프로그램은, 레그 프레스 운동과 리프트오프 운동의 쌍방향의 운동에 관한 것으로 되어 있지만, 그 밖의 운동 형태의 트레이닝 프로그램을 실현할 수도 있다. 또한, 서보 모터(2)가 시계 방향으로 회전하는 방향, 즉, 운동자 E가 레그 프레스를 행할 때에 주어져야 할 부하의 방향을, 부하의 정방향(순방향)으로 한다.

한편, 서보 모터(2)는, 제어 수단(1)으로부터의 속도 정보에 기초한 구동 전류의 크기에 따라서 회전 토크를 발생시키고, 벨트(204)에 구동력을 전달하여 의자(201)와 함께 운동자 E를 직선 이동시킴으로써, 압압판(202)을 통하여 운동자 E의 다리에 부하를 준다. 이 때, 위치 검출 센서(5)가, 벨트(204)의 직선 이동 위치 또는 서보 모터(2)의 회전 위치를 검출하고 있으므로, 속도 산출 수단(6)이, 소정 시간에 이동한 이동 거리를 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 그 속도 정보를 제어 수단(1)에 송신하고 있다. 이에 의해, 제어 수단(1)은 속도 정보에 따른 구동 전류를 발생시켜 서보 모터(2)를 회전 구동시키고 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도이다. 이 시스템 구성은 서보 모터(2)가 운동자 E에게 주는 부하를 제어하기 위한 제어 블록 선도로서 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (a)는, 도 2의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면으로, 횡축에 속도, 종축에 부하를 나타내고 있다. 이 속도-부하 특성은 속도에 따라서 부하의 크기가 변하는 속도 의존 부하 특성을 나타내고 있다.

또한, 속도란, 도 1에 도시한 서보 모터(2)의 회전 속도 또는 벨트(204)의 직선 이동 속도이다. 또한, 부하란, 도 1에 도시한 압압판(202)이 운동자 E에게 주는 부하이다. 여기서는, 속도-부하 특성을, 속도와 부하를 각 축으로 하는 좌표 상에 특성선으로서 나타낸 경우에, 좌표축의 원점을 통과하여, 속도가 플러스인 경우와 마이너스인 경우에서 부하의 방향이 반대로 되고, 또한, 원점 부근에서 연속하고 있는(미분 가능한) 선(직선 또는 곡선 또는 그 조합), 혹은, 원점 부근에서의 불연속성이 경미한 선으로 나타내어지는 부하 특성으로서 설정함으로써, 운동자 E는, 운동 방향이 변할 때에 강한 충격을 받지 않고, 스무스하게 풀 콘센트릭 운동을 행할 수 있다. 또한, 원점을 사이에 둔 전후에서, 특성선의 기울기가 크게 변하도록 설정하거나, 원점을 사이에 둔 전후에서, 특성선의 값이 경미하지 않은 불연속하게 되도록 설정하거나 함으로써, 운동자 E에게 어떠한 변화나 충격을 느끼게 하도록(주도록) 해도 된다. 즉, 운동의 목적이나 용도에 따라서, 특성선을 다양하게 설정할 수 있다. 덧붙여서, 도 3의 (b)와 (c)는 속도-부하 특성의 변형예를 도시하는 도면이다.

우선, 도 1 및 도 3의 (a)를 적절히 참조하면서, 도 2에 도시한 트레이닝 장치의 시스템 구성에 대하여 설명한다. 이 트레이닝 장치의 시스템은, 제어 수단(1), 서보 모터(2), 운동 기구(3), 가동부(4), 위치 검출 센서(5), 속도 산출 수단(6), 부하 특성 입력 장치(7) 및 부하 특성 기억 장치(8)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 제어 수단(1), 속도 산출 수단(6), 부하 특성 입력 장치(7) 및 부하 특성 기억 장치(8)(및 후기하는 컨트롤 유닛(9))는, CPU(Central　Processing　Unit), RAM(Random　Access　Memory), ROM(Read　Only　Memory), HDD(Hard　Disk　Drive), 입력 수단(키보드, 마우스 등), 출력 수단(디스플레이, 스피커 등), 통신 인터페이스 등으로 이루어지는 컴퓨터 장치의 일부 또는 전부에 의해 실현할 수 있다.

제어 수단(1)은, 도 3의 (a)의 속도-부하 특성으로 이루어지는 부하 명령값에 기초하여 구동 전류를 발생시키고, 이 구동 전류를 토크 명령값으로서 서보 모터(2)에 공급하는 수단이다. 서보 모터(전동 모터)(2)는, 토크 명령값(구동 전류)에 따른 회전 토크력을 발생시키는 수단이다. 운동 기구(3)는, 서보 모터(2)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 수단으로서, 도 1에 도시한 트레이닝 장치(10)의 벨트(204) 및 도르래(205)가 그것에 상당한다.

가동부(4)는, 운동 기구(3)(벨트(204))가 움직임으로써 압압판(202)(도 1 참조)을 통하여 운동자 E에게 부하를 주어, 운동자 E에게 작용력을 작용시키는 매체로서, 도 1에 도시한 트레이닝 장치(10)의 레일(203) 및 의자(201)가 그것에 상당한다. 위치 검출 센서(5)는, 서보 모터(2)의 회전 위치 또는 운동 기구(3)(벨트(204))의 직선 이동 위치를 검출하는 수단이다. 속도 산출 수단(6)은, 위치 검출 센서(5)가 검출한 위치의 이동량(이동 거리)을 시간으로 미분하여 속도를 산출하는 수단이다. 또한, 청구 범위 제1항의 검출 수단은, 위치 검출 센서(5)와 속도 산출 수단(6)에 의해 실현된다.

부하 특성 입력 장치(7)는, 운동자 E가, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 속도-부하 특성을 입력하는 수단이다. 이 때의 속도-부하 특성은, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 왕로(즉, 도 1에서 운동자 E가 우측 방향으로 이동하는 레그 프레스 운동의 방향)의 속도에 대한 부하의 구배와, 귀로(즉, 도 1에서 운동자 E가 좌측 방향으로 이동하는 리프트오프 운동의 방향)의 속도에 대한 부하의 구배는 상이하지만, 운동자 E의 운동 능력 등에 따라서 그 구배는 임의로 가변할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 왕로와 귀로의 구배를 동일하게 할 수도 있다. 또한, 이 속도-부하 특성은, 부하가 운동자 E를 향하는 레그 프레스 운동의 방향을 도 3의 (a)의 제1 상한으로 나타내고, 부하가 운동자 E로부터 멀어지는 리프트오프 운동의 방향을 도 3의 (a)의 제3 상한으로 나타내고 있다. 또한, 부하 특성 입력 장치(7)로부터 입력하는 속도-부하 특성은 속도의 1차 함수의 선형 특성이어도 되고, 운동자 E의 운동 능력에 따라서 도 3의 (b)와 (c)에 도시한 바와 같은 속도의 n차 함수의 비선형 특성이어도 된다. 즉, n을 양수로 하여, 속도의 1승, 2승, 3승, 1/2승 등의 부하 특성으로 할 수 있다.

부하 특성 기억 장치(8)는, 운동자 E가 부하 특성 입력 장치(7)로부터 입력한 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 속도-부하 특성을, 함수, 맵, 테이블 등의 형식으로, 메모리에 기억해 놓고, 이 속도-부하 특성에 기초하여, 속도 산출 수단(6)으로부터 입력된 속도에 대한 부하의 크기를 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력한다.

즉, 도 2에서, 미리, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 속도에 대한 부하의 특성(속도-부하 특성)을 부하 특성 입력 장치(7)로부터 입력하면, 그 속도-부하 특성은 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 따라서, 운동자 E가 부하에 대항한 작용력을 작용시키는 트레이닝을 행할 때, 위치 검출 센서(5)가, 레그 프레스 운동 및 리프트오프 운동에 의한 가동부(4)의 이동 위치를 검출한다. 그리고, 속도 산출 수단(6)이 가동부(4)가 검출한 위치의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다.

이에 의해, 운동자 E가 미리 입력하여 부하 특성 기억 장치(8)에 기억되어 있는 속도-부하 특성을 참조하여, 속도 산출 수단(6)으로부터 입력된 속도에 대응하는 부하의 값이 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력된다. 예를 들면, 속도 산출 수단(6)으로부터 부하 특성 기억 장치(8)에 속도 V1이 입력되면, 부하 특성 기억 장치(8)에 미리 기억되어 있는 속도-부하 특성에 기초하여 부하 L1의 값이 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력된다.

따라서, 제어 수단(1)은, 부하 명령값(부하 L1)에 대응하는 토크 명령값(구동 전류)을 서보 모터(2)에 공급한다. 이에 의해, 서보 모터(2)는, 부하 명령값으로서 입력된 부하 L1에 상당하는 회전 토크를 발생시켜 운동 기구(3)(도 1의 벨트(204))에 전달한다. 그리고, 운동 기구(3)가, 부하 L1에 상당하는 직선 운동에 의해 가동부(4)(도 1의 벨트(204) 및 의자(201))를 레일(203)을 따라서 이동시킨다.

이와 같이 하여, 의자(201)에 앉아 있는 운동자 E는, 서보 모터(2)의 회전 운동으로부터 가동부(4)의 직선 운동으로 변환된 운동 에너지에 의해 압압판(202)에 가해지는 부하 L1에 대항하는 다리의 근육 트레이닝을 행할 수 있다.

이와 같은 근육 트레이닝의 운동에 의해 가동부(4)가 이동하면, 위치 검출 센서(5)가 가동부(4)가 이동한 위치(이동량)를 검출한다. 그리고, 속도 산출 수단(6)이, 가동부(4)의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다. 또한, 부하 특성 기억 장치(8)가, 속도-부하 특성으로부터 속도에 대응하는 부하의 크기를 구하고, 이 부하의 크기를 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력하여 서보 모터(2)를 회전 구동시킨다. 이와 같이 하여, 운동자 E는, 부하 특성 기억 장치(8)에 입력된 속도-부하 특성에 기초하여 왕로의 레그 프레스 운동을 행한다.

또한, 귀로에 대해서도, 도 3의 (a)의 제3 상한에 나타내는 바와 같은 속도-부하 특성에 기초하여, 속도에 따른 부하를 압압판(202)으로부터 운동자 E의 다리에 주면, 운동자 E는, 압압판(202)이 멀어지는 방향의 부하에 대응한 작용력을 다리에 작용시켜 리프트오프 운동을 행한다. 이와 같이 하여, 도 2에 도시한 제1 실시 형태의 트레이닝 장치에서는 풀 콘센트릭 운동을 행할 수 있다.

또한, 속도-부하 특성에서의 부하의 구배는, 왕로와 귀로에서 임의로 변화시킴으로써, 개개의 운동자에게 적합한 레그 프레스 운동과 리프트오프 운동을 행하여 최적의 풀 콘센트릭 운동을 실현시킬 수 있다. 또한, 운동자의 운동 능력에 따라서는, 왕로와 귀로의 구배를 동일하게 할 수도 있고, 속도-부하 특성을 선형 특성으로 할 수도 있고 비선형 특성으로 할 수도 있다.

즉, 도 1에 도시한 제1 실시 형태의 트레이닝 장치는, 운동자 E가, 부하 특성 입력 장치(7)에 속도에 대한 부하 특성(속도-부하 특성)을 미리 입력함으로써, 그 속도-부하 특성이 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 그리고, 제어 수단(1)이, 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된 속도-부하 특성에 따라서 서보 모터(2)의 회전 토크력을 제어하고, 운동 기구(3) 및 가동부(4)에 의해 회전 토크력을 직선 구동력으로 변환하여 운동자 E에게 부하를 줌으로써, 운동자 E에게 콘센트릭 운동을 실현시킬 수 있다. 또한, 위치 검출 센서(5)에 의해 가동부(4)의 위치를 검출하고, 또한, 속도 산출 수단(6)에 의해 위치의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도 정보를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력함으로써, 속도에 대한 부하 특성에 따라서 운동자 E에게 최적의 풀 콘센트릭 운동을 행하게 할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같은 부하 특성에 의해 운동자 E에게 부하를 주기 때문에, 초동 시의 부하가 작아, 고령자 등의 운동자 E에게 부드러운 트레이닝을 실현할 수 있다.

또한, 속도 산출 수단(6) 대신에 가속도 산출 수단을 이용할 수도 있다. 이 경우에는, 가속도 산출 수단이, 위치 검출 센서(5)가 검출한 위치의 이동량을 2번 미분함으로써 가속도를 구하여 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다. 이 때는, 도 3의 (a)에 도시한 속도-부하 특성 대신에 가속도-부하 특성이 부하 특성 기억 장치(8)에 기억되어 있다. 따라서, 제어 수단(1)은 가속도-부하 특성에 따른 부하 명령값에 기초하여 서보 모터(2)에 토크 명령값을 공급한다. 또한, 가속도-부하 특성은, 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시한 속도-부하 특성과 비교하여, 종축을 동일하게 부하로 하고, 횡축을 가속도(속도의 기울기(변화율))로 한 특성으로 하면 된다.

또한, 왕로의 레그 프레스 운동과 귀로의 리프트오프 운동에서는 서보 모터(2)의 회전 방향이 역전되므로, 서보 모터(2)가 발진기로 되어 역전 시의 전기 에너지가 회생된다. 또한, 이 때의 전기 에너지는 도시하지 않은 충전 장치에 충전되고, 필요에 따라서 이 전기 에너지에 의해 트레이닝 장치의 디스플레이 등을 구동시킬 수 있다.

《제2 실시 형태》

도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도이다. 도 4의 시스템 구성이 도 2의 시스템 구성과 상이한 점은, 위치 검출 센서(5)와 속도 산출 수단(6)가 없고, 각종 설정값을 입력하기 위한 컨트롤 유닛(9)이 존재하고 있는 점이다. 즉, 이 트레이닝 장치의 시스템은, 제어 수단(1), 서보 모터(2), 운동 기구(3), 가동부(4), 부하 특성 입력 장치(7), 부하 특성 기억 장치(8) 및 컨트롤 유닛(9)을 구비하여 구성되어 있다.

또한, 도 2의 트레이닝 장치의 시스템 구성에서는, 운동자 E가 스스로 부하 특성 입력 장치(7)에 속도-부하 특성을 입력하였지만, 도 4의 트레이닝 장치의 시스템 구성에서는, 트레이너(운동 지도자) T가 운동자 E의 자각 강도에 따라서 컨트롤 유닛(9)에 각종 설정값을 입력하고 있다.

도 5는 도 4의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면으로서, 횡축에 속도, 종축에 부하를 나타내고 있다. 도 5의 속도-부하 특성은, 제1 상한의 왕로, 제2 상한의 귀로 모두, 속도의 변화에 상관없이 일정한 부하로 되는 등장 부하 특성(정토크 부하 특성)을 나타내고 있다. 또한, 이 등장 부하 특성은 왕로도 귀로도 운동자 E를 향하는 방향의 힘이 작용하므로, 제1 상한과 제2 상한에서 부하 특성이 나타나 있다. 이와 같은 등장 부하 특성은, 판 추 방식의 트레이닝 장치에 의해 실현할 수 있는 것을 모터 방식에 의해 실현한 것이다. 또한, 컨트롤 유닛(9)에 의해 등장 부하를 설정하는 것으로 하였지만, 컨트롤 유닛(9)이 등장 부하의 설정에 필수적인 구성이라는 것은 아니고, 제1 실시 형태의 구성(도 2 참조)이어도 부하 특성 입력 장치(7)를 이용하여 등장 부하의 설정을 행할 수 있다.

다음으로, 도 5의 속도-부하 특성을 참조하면서, 도 4의 트레이닝 장치에서의 시스템의 동작을 설명한다. 트레이너 T는, 운동자 E의 트레이닝의 자각 강도와 컨트롤 유닛(9)에 표시되는 운동자 E에 관한 각종 정보에 기초하여, 컨트롤 유닛(9)에 도 5에 도시한 바와 같은 등장 부하 특성의 값(일정 레벨의 부하의 값)을 설정한다.

그렇게 하면, 컨트롤 유닛(9)으로부터 도 5에 도시한 바와 같은 등장 부하 설정값의 특성이 입력되어 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 부하 특성 기억 장치(8)는, 그 등장 부하 설정값에 대응한 부하 명령값을 제어 수단(1)에 입력한다. 제어 수단(1)은, 그 부하 명령값에 대응한 토크 명령값(구동 전류)을 서보 모터(2)에 공급한다. 이에 의해, 서보 모터(2)는, 토크 명령값에 상당하는 회전 토크를 발생시켜 정토크 부하 제어를 행한다.

이와 같이 하여, 의자(201)에 앉아 있는 운동자 E는, 서보 모터(2)에 의한 정토크의 회전 운동으로부터 가동부(4)의 직선 운동으로 변환된 등장 부하의 운동에너지에 의해 압압판(202)에 가해지는 부하 L1에 대항하는 다리의 근육 트레이닝을 행할 수 있다.

이 때, 왕로의 레그 프레스 운동에서는 운동자 E를 향하는 방향으로 부하가 작용하므로 콘센트릭 운동이 행해지고, 귀로에서도 운동자 E를 향하는 방향으로 부하가 작용하므로 엑센트릭 운동이 행해진다. 즉, 도 4에 도시한 제2 실시 형태의 트레이닝 장치에서는 콘센트릭-엑센트릭 운동을 행할 수 있다.

《제3 실시 형태》

도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도이다. 도 6의 시스템 구성은, 도 2에 도시한 제1 실시 형태의 시스템 구성과 도 4에 도시한 제2 실시 형태의 시스템 구성이 콤비네이션된 것이다. 이 트레이닝 장치의 시스템은, 제어 수단(1), 서보 모터(2), 운동 기구(3), 가동부(4), 위치 검출 센서(5), 속도 산출 수단(6), 부하 특성 입력 장치(7), 부하 특성 기억 장치(8) 및 컨트롤 유닛(9)을 구비하여 구성되어 있다.

또한, 도 7은 도 6의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면으로서, 횡축에 속도, 종축에 부하를 나타내고 있다. 이 속도-부하 특성은, 좌표축의 원점을 사이에 둔 소정 속도의 범위 내(도 7에서는 -V3∼V2의 범위 내)에서는 속도에 따라서 부하의 크기가 변하는 속도 의존 부하 특성을 나타내고, 상기 소정 속도의 범위 외에서는 속도의 변화에 상관없이 일정한 부하로 되는 등장 부하 특성(정토크 부하 특성)을 나타내고 있다.

중복되는 설명을 피하여, 도 6에 도시한 제3 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 동작을 설명한다. 운동자 E가, 미리, 도 7에 도시한 바와 같은 속도-부하 특성을 부하 특성 입력 장치(7)에 입력하면, 그 속도-부하 특성은 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 즉, 이 때의 속도-부하 특성은, 부하 특성 입력 장치(7)로부터 입력된 속도 의존 부하 특성과 컨트롤 유닛(9)으로부터 설정된 등장 부하 특성이 가산된 것이다.

도 6에서, 운동자 E가, 서보 모터(2)에서 발생한 부하에 대항하여 작용력을 작용시키는 트레이닝을 행할 때, 위치 검출 센서(5)가, 레그 프레스 운동 및 리프트오프 운동에 의한 가동부(4)의 이동 위치를 검출하고, 속도 산출 수단(6)이 위치 검출 센서(5)가 검출한 위치의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다.

이 때, 검출한 속도가 -V3∼V2의 범위 내에 있을 때는, 부하 특성 기억 장치(8)는, 자기의 메모리에 기억되어 있는 속도 의존 부하 특성을 참조하여, 속도 산출 수단(6)으로부터 입력된 속도에 대응하는 부하의 값을 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력한다. 제어 수단(1)은, 입력된 부하 명령값에 대응하는 토크 명령값(구동 전류)을 서보 모터(2)에 공급한다. 서보 모터(2)는, 토크 명령값에 상당하는 회전 토크를 발생시켜 운동 기구(3)에 전달한다. 운동 기구(3)는, 토크 명령값에 상당하는 직선 운동에 의해 가동부(4)를 이동시킨다.

이와 같이 하여, 의자(201)에 앉아 있는 운동자 E는, 소정 속도의 범위 내(-V3∼V2)에서는, 서보 모터(2)의 회전 운동으로부터 가동부(4)의 직선 운동으로 변환된 운동 에너지에 의해 압압판(202)에 가해지는 부하에 대항하는 다리의 근육 트레이닝을 행할 수 있다.

이와 같은 근육 트레이닝의 운동에 의해 가동부(4)가 이동하면, 위치 검출 센서(5)가 가동부(4)의 이동 위치를 검출한다. 그리고, 속도 산출 수단(6)이, 가동부(4)의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다. 또한, 부하 특성 기억 장치(8)가, 속도-부하 특성으로부터 속도에 대응하는 부하의 크기를 구하고, 이 부하의 크기를 부하 명령값으로서 제어 수단(1)에 입력하여 서보 모터(2)를 회전 구동시킨다. 이와 같이 하여, 운동자 E는, 부하 특성 기억 장치(8)에 입력된 속도-부하 특성에 기초하여 왕로의 레그 프레스 운동을 행한다.

또한, 귀로에 대해서도, 도 7의 제3 상한에 나타내는 바와 같은 속도-부하 특성에 기초하여, 속도에 따른 부하를 압압판(202)으로부터 운동자 E의 다리에 주면, 운동자 E는, 압압판(202)이 멀어지는 방향의 부하에 대응한 작용력을 다리에 작용시켜 리프트오프 운동을 행한다.

또한, 소정 속도(-V3 또는 V2)의 범위를 벗어나면, 미리 컨트롤 유닛(9)으로부터 부하 특성 기억 장치(8)에 등장 부하 특성(정토크 부하 특성)이 입력되어 기억되어 있으므로, 제어 수단(1)은, 정토크 부하 제어에 의해 서보 모터(2)를 일정 토크로 회전시킨다. 그리고, 서보 모터(2)에 의한 일정 토크의 회전 운동은 운동 기구(3)로부터 가동부(4)에 전달되어 직선 운동으로 변환되어, 운동자 E에게 부하를 준다. 이와 같이 하여, 도 6에 도시한 제3 실시 형태의 트레이닝 장치에서는 콘센트릭-콘센트릭 운동(풀 콘센트릭 운동)을 행할 수 있다.

즉, 도 6에 도시한 제3 실시 형태의 트레이닝 장치의 시스템은, 소정 속도의 범위 내에서는 속도 비례 부하 제어를 행하고, 소정 속도의 범위를 벗어난 지점에서는 일정 토크 부하 제어(등장 부하 제어)를 행한다고 하는 하이브리드 제어에 의해 풀 콘센트릭 운동을 실현할 수 있다.

또한, 이와 같은 쌍방향 부하 제어에 의해 부하 방향 반전 시의 안전성을 확보할 수 있어, 트레이닝 장치에 의한 안전한 쌍방향 운동을 실현하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기한 속도-부하 특성에 의해 운동자 E에 의한 통상 운동 시와 피로 시의 부하를 유연하게 변화시킬 수 있으므로, 운동자 E의 상황에 따른 적절한 부하 설정을 행하는 것이 가능하게 된다.

《제4 실시 형태》

도 8은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 트레이닝 장치의 시스템 구성도이다. 도 8의 시스템 구성은, 도 6에 도시한 제3 실시 형태의 시스템 구성과 거의 동일하지만, 컨트롤 유닛(9a)의 기능만이 상이하다. 즉, 도 6의 제3 실시 형태에서는 컨트롤 유닛(9)이 등장 부하 설정을 행하는 기능을 갖고 있었던 것에 대하여, 도 8에서는 컨트롤 유닛(9a)은 속도-부하 특성의 구배를 가변하는 기능을 갖고 있다. 따라서, 도 6의 트레이닝 장치에서는 컨트롤 유닛(9)이라고 부호를 붙인 부분을, 도 8의 트레이닝 장치에서는 컨트롤 유닛(9a)이라고 부호를 붙이고 있다. 그 이외의 구성은 도 6과 동일하므로 구성의 중복 설명은 생략한다. 또한, 트레이닝 운동의 왕로와 귀로 중, 대표하여 왕로의 경우에 대하여 설명한다.

도 9는 도 8의 트레이닝 장치에 입력되는 속도-부하 특성의 도면으로서, 횡축에 속도, 종축에 부하를 나타내고 있다. 우선, 속도-부하 특성으로서, 「(a) 변경 전」의 부하 특성이 주어져 있는 것으로 한다. 여기서는, 「(a) 변경 전」의 부하 특성으로서, 운동자 E에게 있어서의 이상적인 운동 속도의 기준으로 되는 기준 속도 V4와, 이상적인 부하 L4에 대응하는 점 P1(및 원점)을 통과하는 직선이 주어져 있다.

그러나, 운동자 E가 기준 속도 V4로 운동한다고는 할 수 없고, 피로 등에 의해 실제로는 속도 V5로 운동을 하고 있던 것으로 한다. 「(a) 변경 전」의 부하 특성에서, 속도 V5일 때 부하는 L5로 되고, 그 좌표는 P2이다. 그 경우, 속도-부하 특성의 구배를 작게 함으로써 운동자 E의 운동 속도의 향상을 도모할 수 있지만, 그 구배의 변경 방법에는, 예를 들면, 다음의 2가지의 방법이 있다.

하나의 방법은, 서보 모터(2)의 토크를 일정하게 유지하도록 속도-부하 특성의 구배를 작게 하는 방법이다. 구체적으로는, 도 9의 「(b) 변경 후 #1」의 부하 특성에 나타내는 바와 같이, 속도가 V4이고 부하가 L5인 점 P3(및 원점)을 통과하는 직선으로, 부하 특성을 변경하면 된다.

다른 하나의 방법은, 일률(에너지)을 일정하게 유지하도록 속도-부하 특성의 구배를 작게 하는 방법이다. 구체적으로는, 도 9의 「(c) 변경 후 #2」의 부하 특성에 나타내는 바와 같이, 속도가 V4이고 부하가 L6인 점 P4(및 원점)를 통과하는 직선으로, 부하 특성을 변경하면 된다. 이 경우, 운동자 E의 일률인 속도×부하의 값이 일정하게 되도록 하므로, 점 P2에 관한 일률(V5×L5)과, 점 P4에 관한 일률(V4×L6)이 일정한 값으로 되도록, 「(c) 변경 후 #2」의 부하 특성의 직선의 구배를 결정하면 된다.

도 8에 도시한 제4 실시 형태의 트레이닝 장치에서는, 운동자 E가, 부하 특성 입력 장치(7)에 변경 전의 속도-부하 특성 (a)(「(a) 변경 전」)(도 9 참조)를 미리 입력함으로써, 그 속도-부하 특성 (a)가 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된다. 그리고, 트레이닝 시에는, 위치 검출 센서(5)가 가동부(4)의 위치를 검출하고, 또한, 속도 산출 수단(6)에 의해 위치의 이동량을 시간으로 미분하여 속도를 산출하고, 이 속도 정보를 부하 특성 기억 장치(8)에 입력한다. 그 후, 제어 수단(1)이,이 속도 정보를 이용하여, 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된 속도-부하 특성 (a)에 따른 토크 명령값에 기초하여 서보 모터(2)의 회전 토크력을 제어하고, 운동 기구(3) 및 가동부(4)에 의해 회전 토크력을 직선 구동력으로 변환하여 운동자 E에게 부하를 준다. 이와 같이, 속도 산출과 부하 부여를 반복함으로써, 운동자 E에게, 속도에 대한 부하 특성에 따른 풀 콘센트릭 운동을 행하게 할 수 있다.

또한, 제어 수단(1)은, 운동자 E의 운동 속도가 저하된 것 등에 대응하여, 속도-부하 특성을 「(b) 변경 후 #1」(도 9 참조) 또는 「(c) 변경 후 #2」(도 9 참조)로 자동적으로 변경할 수 있다. 또한, 이 변경은, 서서히 행하는 것이 바람직하지만, 어느 정도 빠르게 행해도 된다.

이에 의해, 제어 수단(1)은, 부하 특성 기억 장치(8)에 기억된 「(b) 변경 후 #1」(도 9 참조) 또는 「(c) 변경 후 #2」(도 9 참조)의 부하 특성에 따른 토크 명령값에 기초하여 서보 모터(2)의 회전 토크를 제어하고, 운동 기구(3) 및 가동부(4)에 의해 회전 토크를 직선 구동력으로 변환하여 운동자 E에게 부하를 줌으로써, 운동자 E에게 콘센트릭 운동을 실현시킬 수 있다.

이와 같이 하여, 도 8에 도시한 제4 실시 형태의 트레이닝 장치에서는, 운동자 E의 일률, 또는, 서보 모터(2)의 토크가 일정하게 되도록, 부하를 자동 조정하면서 적절한 풀 콘센트릭 운동을 실현시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 일률 혹은 토크가 일정한 풀 콘센트릭 운동을 행하는 경우 등에, 부정맥 검출에 의해 알람을 발하거나 긴급 정지시키거나 하는 이머전시 기능을 트레이닝 장치에 부가할 수도 있다. 즉, 운동자 E의 신체적 상황에 따른 적절한 자동 부하 조정이나 비상 정지 기능을 갖게 함으로써, 숙련 트레이너의 일손 부족의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 속도-부하 특성은 도 9에 도시한 바와 같은 선형 특성에 한하는 것은 아니며, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같은 비선형 특성으로 할 수도 있다.

《풀 콘센트릭 운동에 관한 고찰》

상기의 각 실시 형태에서 실현되는 트레이닝 장치에 의해 효과적인 풀 콘센트릭 운동을 실현할 수 있는 상태에 대하여, 임상의 시점에서 고찰한다. 도 10은 풀 콘센트릭 운동에서의 다리의 근육 트레이닝의 상태를 도시하는 개념도로서, (a)는 왕로의 레그 프레스 운동, (b)는 귀로의 리프트오프 운동을 나타내고 있다.

도 10의 (a)에 도시한 왕로에서는, 화살표로 나타내는 바와 같이, 부하의 방향이 발끝을 누르는 방향으로 작용하고, 그 부하에 대항하여 다리를 뻗는 방향으로 레그 프레스 운동이 행해진다. 이 때, 하퇴 삼두근(21), 대퇴 사두근(22) 및 대전근(23)의 근육 트레이닝이 행해진다.

또한, 도 10의 (b)에 도시한 귀로에서는, 화살표로 나타내는 바와 같이, 부하의 방향이 다리를 뻗는 방향으로 작용하고, 그 부하에 대항하여 다리를 오므리는 방향으로 리프트오프 운동이 행해진다. 이 때, 전경골근(24), 햄스트링(25) 및 장요근(26)의 근육 트레이닝이 행해진다.

이와 같은 레그 프레스 운동과 리프트오프 운동에 의한 풀 콘센트릭 운동에 의해 각 근육에의 데미지가 저감되므로, 고령자에 대하여 신체에 부드러운 트레이닝을 행할 수 있다. 또한, 레그 프레스 운동과 리프트오프 운동에서의 근력 비율의 정량 파악을 행함으로써, 왕로와 귀로의 부하의 크기나 트레이닝 횟수를 적절하게 설정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 트레이닝 장치에 의해, 레그 프레스 운동의 반전 운동인 리프트오프 운동을 적절하게 행함으로써, 고령자에게 있어서 참신하고 또한 유용한 운동 모드를 실현시킬 수 있다. 또한, 근육 트레이닝에 의해 전경골근(24)을 강화시킴으로써, 발이 걸려 넘어짐 방지나 보행 능력 향상의 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 장요근(26)을 강화시킴으로써, 넓적다리 들기 동작이나 보행 능력 향상의 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 트레이닝 장치에 의해 근육 트레이닝을 행하면, 다수의 근육군을 동시에 강화할 수 있다. 즉, 다양한 운동 형태에서의 근력 트레이닝을 1대의 트레이닝 장치로 행할 수 있으므로, 트레이닝을 단시간에 효율적으로 행하거나, 트레이닝 짐 등에서 기기의 설비 투자를 절약하거나 기기의 설치 스페이스를 작게 하거나 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태의 트레이닝 장치에 의해, 트레이닝의 1사이클 중에서 주동근과 길항근이 교대로 수축하므로, 피로(젖산)를 분산할 수 있다. 또한, 굴신 운동의 왕로와 귀로의 부하 저항을 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 풀 콘센트릭 운동에 의해, 근육통 등의 부담이 없어, 신체에 부드러운 트레이닝을 행할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 트레이닝 장치에 의해 유산소 운동을 행할 수 있으므로, 메타볼릭 신드롬에의 대책이나 심폐 기능의 강화를 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 트레이닝 장치는, 레그 프레스 머신뿐만 아니라, 체스트 프레스 머신, 암컬 머신 등, 부하에 의해 운동을 행하는 트레이닝 장치 전반에 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 예를 들면, 근력 트레이닝을 행하는 운동자가 앉는 의자와, 운동자가 근력 트레이닝을 행할 때에 손으로 잡는 바와, 의자에 앉은 운동자에게 팔의 굴신 운동을 시키도록 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 운동 기구를 이용한 트레이닝 장치로 해도 된다. 또한, 손으로 잡는 바와 발끝으로 압압하는 압압판을 조합하여, 의자에 앉은 운동자에게 다리와 팔의 굴신 운동을 시키도록 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 운동 기구를 사용한 트레이닝 장치로 해도 된다. 그 때, 운동자가 근력 트레이닝을 행할 때에 다리와 팔의 굴신 운동의 방향이 반대로 되는 운동 기구로 할 수도 있다.

또한, 도 1의 트레이닝 장치에서는, 압압판이 고정되고 의자가 움직이는 것으로 하였지만, 반대로, 의자가 고정되고 압압판이 움직이는 것으로 하여도 된다. 또한, 도 9에서는, 속도-부하 특성을 나타내는 직선을 변경하는 경우에, 그 구배를 작게 하는 것으로 하였지만, 운동자가 날림으로 하고 있는 것 등을 상정하여, 그 구배를 크게 하도록 변경해도 된다. 그 밖에, 구체적인 구성에 대하여, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능하다.

1 : 제어 수단
2 : 서보 모터
3 : 운동 기구
4 : 가동부
5 : 위치 검출 센서
6 : 속도 산출 수단
7 : 부하 특성 입력 장치
8 : 부하 특성 기억 장치
9, 9a : 컨트롤 유닛
10 : 트레이닝 장치
201 : 의자
202 : 압압판
203 : 레일
204 : 벨트
205 : 도르래
206 : 고정 부재

Claims

전동 모터의 회전 토크에 의해 운동자에게 부하를 주어 근력 트레이닝을 행하게 하는 트레이닝 장치로서,
상기 근력 트레이닝에서의 운동의 속도 또는 가속도를 구하는 검출 수단과,
상기 속도에 대한 부하의 특성인 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도에 대한 부하의 특성인 가속도-부하 특성을 입력하기 위한 부하 특성 입력 장치와,
상기 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도-부하 특성을 기억하는 부하 특성 기억 장치와,
상기 부하 특성 기억 장치에 기억된 상기 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도-부하 특성으로부터 토크 명령값을 산출하고, 그 토크 명령값에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 제어 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동 모터가 역회전하였을 때에 발생하는 과전압을 억지하기 위한 에너지 회생 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제2항에 있어서,
상기 에너지 회생 수단은, 상기 전동 모터에 의해 실현되는 발진기인 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제3항에 있어서,
상기 발진기가 발생한 전기 에너지를 축적하는 충전 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제4항에 있어서,
상기 충전 장치에 축적된 전기 에너지에 의해 구동하는 디스플레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 속도-부하 특성은, 속도와 부하를 각 축으로 하는 좌표 상에 특성선으로서 나타낸 경우에, 좌표축의 원점을 통과하여, 상기 속도가 플러스인 경우와 마이너스인 경우에서 상기 부하의 방향이 반대로 되는 부하 특성이고,
상기 제어 수단은, 상기 부하 특성에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어함으로써, 쌍방향의 상기 근력 트레이닝의 왕로와 귀로에서 상기 부하의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제6항에 있어서,
상기 속도-부하 특성은, n을 임의의 양수로 하였을 때, 부하가 속도의 크기의 n승에 비례하는 부하 특성이고,
상기 제어 수단은, 상기 부하 특성에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제6항에 있어서,
상기 속도-부하 특성은, 속도의 크기가 상기 좌표축의 원점을 사이에 둔 소정의 범위 내에서는 부하가 속도에 비례하는 부하 특성이고, 상기 소정의 범위 내를 벗어난 속도의 영역에서는 부하가 속도의 변화에 상관없이 일정하게 되는 부하 특성이며,
상기 제어 수단은, 상기 부하 특성에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 속도-부하 특성은, 상기 속도가 변화하였을 때에, 부하와 속도의 곱으로 나타내어지는 일률, 또는, 상기 전동 모터의 회전 토크 중 어느 하나가 일정하게 되도록 변화하고,
상기 제어 수단은, 상기 부하 특성에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제6항에 있어서,
상기 속도-부하 특성은, 상기 좌표 상에 특성선으로서 나타낸 경우에, 이상적인 운동 속도의 기준으로 되는 기준 속도와 이상적인 부하에 대응하는 점을 통과하는 선으로 나타내어지는 부하 특성이고,
상기 제어 수단은, 상기 부하 특성에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 근력 트레이닝을 행하는 운동자가 앉는 의자와,
상기 운동자의 발끝을 고정하고, 상기 운동자가 상기 근력 트레이닝을 행할 때에 발끝으로 압압하는 압압판과,
상기 의자에 앉은 운동자에게 다리의 굴신 운동을 시키도록, 상기 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 운동 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 근력 트레이닝을 행하는 운동자가 앉는 의자와,
상기 운동자가 상기 근력 트레이닝을 행할 때에 손으로 잡는 바와,
상기 의자에 앉은 운동자에게 팔의 굴신 운동을 시키도록, 상기 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 운동 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 근력 트레이닝을 행하는 운동자가 앉는 의자와,
상기 운동자의 발끝을 고정하고, 상기 운동자가 상기 근력 트레이닝을 행할 때에 발끝으로 압압하는 압압판과,
상기 운동자가 상기 근력 트레이닝을 행할 때에 손으로 잡는 바와,
상기 의자에 앉은 운동자에게 다리와 팔의 굴신 운동을 시키도록, 상기 전동 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 운동 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
제13항에 있어서,
상기 운동 기구는,
상기 운동자가 상기 근력 트레이닝을 행할 때에 다리와 팔의 굴신 운동의 방향이 반대로 되는 기구인 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치.
속도에 대한 부하의 특성인 속도-부하 특성, 또는 가속도에 대한 부하의 특성인 가속도-부하 특성에 기초하여, 전동 모터의 회전 토크에 의해 운동자에게 부하를 주어 근력 트레이닝을 행하게 하는 트레이닝 장치의 제어 방법으로서,
검출 수단이, 상기 근력 트레이닝에서의 운동의 속도 또는 가속도를 구하는 스텝과,
제어 수단이, 상기 구한 운동의 속도 또는 가속도를 이용하여, 상기 속도-부하 특성, 또는 상기 가속도-부하 특성으로부터 토크 명령값을 산출하고, 그 토크 명령값에 기초하여 상기 전동 모터의 회전 토크를 제어하는 스텝
을 실행하는 것을 특징으로 하는 트레이닝 장치의 제어 방법.